郭广善

（青州市仁河水库运行维护中心，山东 青州 262500）

0 引言

水库大坝是水利水电工程中的重要内容，发挥了提供社会用水用电、防洪抗涝等重要作用。但是，水库运行环境较为复杂，水库大坝容易出现渗漏等病险，严重影响水库大坝的运行安全。将混凝土防渗墙应用于水库大坝防渗加固中，提高了水库大坝防渗能力以及水库工程的质量。随着现代施工技术和施工工艺的快速发展，混凝土防渗墙施工技术发展迅速，塑性混凝土防渗墙施工技术在水库大坝防渗加固中的应用非常广泛，其具有防渗效果良好、施工简单、工期短和成本低等优势。尤其是在坝体松散填土等具有较高渗水隐患的地方，塑性混凝土防渗墙施工能够适应坝体变形，并具有良好的防渗效果[1]。

1 工程概况

某水库大坝为1 座综合性中型水库，用于当地防洪、灌溉等。水库总库容为2800 m3×104m3，集水面积为15 000 m2。水库设计洪水位40 m，正常蓄水位为39 m，汛期限水位为39 m，死水位为21 m。大坝属于均质土坝，高程约为43 m，坝高最高为25 m，防浪墙高程44 m，坝顶长360 m、宽5 m，上游坝坡坡比为1 ∶2.5，下游为1 ∶2.4。

该水库大坝兴建于1960 年，经过数次续建及加固，最终形成当前规模。大坝填土主要为素填土，重粉质壤土是土质主要成分，局部夹杂粉质黏土和中粉质壤土，含量较低。受历史原因影响，一些坝段的上坝土料不符合标准，筑坝施工主要采用人工夯实的手段。水库运行水位较高时，大坝下游坡面出现较多的渗水点，并且坝坡局部发生软化，坝脚出现沼泽化问题。防渗加固施工前采用过灌浆处理方式，但并未能有效消除隐患。由于大坝坝体填土较为松散，密实程度低，存在交界沟等问题，因此大坝防渗加固工程选择塑性混凝土进行防渗墙施工，其主要采用柔性材料，弹性模量不高，墙体变形模量与土体材料变形模量非常接近，从而能够达到适应坝体变形又有效防渗的效果。

2 防渗墙参数设计

防渗墙厚度设计：防渗墙厚度直接影响防渗墙的防渗性能和墙体的强度、耐久度以及防渗墙使用寿命，同时，防渗墙厚度越高，所需要的投资也就越大。因此，为确定最佳的防渗墙厚度，需要根据相应的计算公式，同时结合相关资料与已有工程经验确定。

防渗墙厚度d的计算如公式（1）所示。

式中：H为防渗墙上游与下游的最大水头差，数值为22.0 m；K为设计安全系数，一般为3～5，该工程取值4；Jmax 为塑性混凝土防渗墙材料允许最大渗透破坏坡降，一般取300。

最终计算结果为d=0.293 m，综合考虑施工该过程中误差影响、施工机械影响等因素，最终确定防渗墙厚度为0.4 m。

防渗墙深度设计：该工程中塑性混凝土防渗墙墙顶高程为41.8 m，墙底深入坝基粉质黏土层，深度大于1 m。

其他主要参数：塑性混凝土防渗墙的墙体抗压强度设计要求为4.0 MPa，渗透系数k<1×10-6cm/s，弹性模量E≤2.0 GPa。

3 塑性混凝土防渗墙施工技术

3.1 导墙施工

在施工过程中，为防止槽口发生坍塌，在大坝轴线上游的1.5 m处防渗墙轴线上进行导墙基槽开挖，并实施人工整坡。将导墙基槽坝体填土修平夯实，再增加一层0.05m的C10 混凝土垫层，方便进行钢筋绑扎、支模及混凝土浇筑施工。导墙形状为倒“L”型，如图1 所示，高度为1.2 m，顶宽1 m，基槽净宽0.45 m，顶部位于坝顶下0.15 m。

3.2 泥浆拌制

3.2.1 确定泥浆材料及拌制配合比

成槽与固壁泥浆选择低固相膨润土泥浆，其制备材料包括膨润土、水、絮凝剂和分散剂等。膨润土要求二级指标，以聚丙烯酰胺作为絮凝剂，以工业纯碱作为分散剂[2]。拌制膨润土泥浆性能指标具体为：一般泥浆密度 为1.04 g·cm-3～1.10 g·cm-3、黏度 为20 Pa·s～24 Pa·s、30 min 失水量小于10 mL、泥皮厚度小于1 mm、稳定性小于0.05 g·cm-3、pH 值为9～12；漏失泥浆密度小于1.15 g·cm-3、黏度为25 s～28 s、30 min 失水量小于10 mL、泥皮厚度小于2.5 mm、稳定性小于0.05 g·cm-3、pH 值为9～12。

泥浆拌制配合比：一般土层膨润土为6～8、纯碱为0.3～0.5、CMC 为0.05-0.1、絮凝剂为0.05、水为100；漏失土层膨润土为10、纯碱为0.3～0.5、CMC 为0.1～0.2、水为100。

3.2.2 泥浆制备

在制备过程中，纯碱溶液配置浓度为1 ∶1.5；CMC液配置浓度为1.5%，搅拌过程中注意先加1/3 搅拌桶的水，再缓慢加入CMC 粉，软轴搅拌器搅拌，配置完成后静置6 h 后再使用；泥浆拌制前先在搅拌桶中倒入1/3 的水，然后再开启搅拌机，不断向桶内加水，同时按照配合比加入各种材料，搅拌完成后，静置24 h 后再使用[3]。

3.3 槽段开挖

防渗墙槽段开挖采取分段开挖的方式，分成两期槽段进行，每槽段长度为900 cm，按照1 期、2 期施工顺序进行槽段开挖，同一槽段施工按照先主孔后副孔的顺序，如图2 所示。施工采用液压抓斗进行主副孔的抓取施工，主孔抓取3 个，副孔抓取2 个。抓斗抓出的坝体填土放置于附近坝坡，并由自动装卸车运出现场至指定堆放地点。在抓斗施工中，如果遇到坚硬土层阻碍施工，则先用冲击钻进行土层破碎，然后再进行抓取。抓取深度直到到达坝基粉质黏土层大于1 m 处。针对坝身已经发生渗漏、散侵等情况的部位，在施工时同时将漏失浆液进行成槽护壁，持续向槽孔补充泥浆，保证泥浆面始终低于导墙顶面约0.5 m。

3.4 清孔验收

槽孔开挖达到设计深度即进行清孔换浆，利用抓斗将孔内淤积与大颗粒沉渣捞出，如果淤积厚度较大，则采用泵吸法，利用潜水排污泵与振动筛进行清孔。清孔时如果发现泥浆与设计要求不相符，则结束后立即更换新的泥浆，换浆量通常是槽内体积的1/3。终孔后对成槽进行质量验收，要求孔深达到设计深度要求，孔位偏差在±3.0 cm，孔斜率不超过0.4%，孔壁保证平整垂直，孔底淤积厚度≤10 cm，清孔后泥浆指标的年度≤30 s，含少量≤10%。此外，在2 期槽清孔完成前，需要对1 期槽孔段孔壁上吸附的杂质刷洗干净，包括土渣、泥皮等，确保孔底淤积物厚度不再增厚[4]。

3.5 塑性混凝土浇筑

3.5.1 塑性混凝土原材料确定3.5.1.1 确定水泥型号

塑性混凝土对水泥的用量需求较低，但对水泥材料的性能指标的要求相对较高。在该工程中，选用强度等级为42.5 的普通硅酸盐水泥，各项性能指标参数：初凝时间不超过45 min；终凝时间不超过600 min；抗拉力强度不低于6.5 MPa；抗压强度不低于42.5 MPa。

3.5.1.2 确定砂石材料

根据防渗墙工程实际需求，砂子采用细末模数在2.5～3.0 的中粗砂，Ⅱ区颗粒级配区，含泥量小于3%。该工程中选用的石子为粒径最大不超过20 mm 的粗骨料石子，使用前，需要对石子进行检测、冲水。

3.5.1.3 确定膨润土

塑性混凝土材料配制中，膨润土是非常重要的一种配合料，通过膨润土能够中和水泥在水化作用下产生的孔隙，增强混凝土内部结构的密实性。该工程中选用的膨润土性能菜蔬为黏粒含量不低于55%，塑性指标不低于60[5]。

3.5.2 塑性混凝土配合比

根据已知的塑性混凝土防渗墙抗压强度、渗透吸收和弹性模量等各项指标要求，以及水下浇筑混凝土坍落度要求18 cm～22 cm，扩散度要求36 cm～40cm，进行塑性混凝土配合比的试验。最终确定防水墙塑性混凝土配合比为每立方米的材料用量分别为水300 kg、水泥180 kg、膨润土80 kg、砂子770 kg、石子770 kg。

3.5.3 塑性混凝土水下灌注施工

施工过程：首先，采用直升式导管法，进行塑性混凝土防渗墙水下灌注施工，导管内径尺寸为200 mm，各个槽段均运用3 套导管，在1 期槽中，槽端导管与接头管之间的距离为1.2 m，2 期槽中，槽端导管与孔端之间的距离为1 m，导管与导管之间的距离最小3.3 m、最大3.5 m。其次，运用螺旋丝扣将导管连接在一起，并且在连接处用橡胶垫圈进行密封处理。各套导管的顶底两端均进行三节长度为0.5 cm～1.0 cm 的短管设置，导管底与槽底面之间的距离最少有15 cm，最大不能超过25 cm。再次，各导管顶端部位均设置储料罐，储料罐的体积大小为1.5×106cm3，同时，在导管顶端内部设置隔离塞球，隔离泥浆与储料罐中的混凝土，当混凝土在储料罐中装满之后，将隔离塞球的连接铁丝用工具剪短，使隔离塞球受到储料罐中的混凝土的压力作用，沿着管内垂直向下移动，最终将管内的泥浆完全排出。同时，储料罐中的混凝土也能够根据跟随隔离塞球的下移直到槽底部，导管埋入混凝土中，然后继续进行混凝土的浇筑。最后，在进行槽孔内的混凝土浇筑过程中，要按照由深至浅的顺序，从深度最大的导管开始进行浇筑，保持浇筑的连续性。在混凝土浇筑过程中，导管在混凝土中的埋深应当小于1 m，但同时注意不应当超过6 m。槽孔内混凝土浇筑应当保证其表面的均匀上升，上升速度约2 m/h。在槽段中，不同位置的混凝土面高度差应＜0.5 m，每0.5 h 进行一次槽孔混凝土浇筑面深度的测量，同时随时对导管内部的混凝土面进行测量，做到及时拆卸导管，防止导管埋深过大，从而造成导管堵塞的情况。塑性混凝土浇筑最终的顶面应当要比设计高程要求高出0.5 m 以上[6]。

4 塑性混凝土防渗墙施工防渗加固效果分析

4.1 墙体完整性检测

在该工程中，防渗墙设计厚度为0.4 m，最大深度为24.5 m。采用高密度电法检测墙体的完整性和连续性，同时分析防渗墙工程中可能存在的问题及缺陷。该方法共检测1 条测线，沿防渗墙轴线，在其顶部布置完成。电极间距为2 m，电极布置数量为180 个，测试层数最大为25 个电极间距。结果显示防渗墙体的视电阻率范围在50Ω·m～200Ω·m，并且水平向电阻率呈现均匀变化特点，测线方向没有出现明显的变异情况；深度方向检测呈现层状地层典型特征，说明防渗墙体具有良好的完整性和连续性。

4.2 防渗墙体的渗透性与混凝土强度检测

在防渗墙体轴线上随机选择检测点，共选择3 个，并对每处检测点2 段墙体分别进行压水试验，试验段长度为4.5m～5.0m，最终测出墙体透水率，并计算得出透水系数。试验结果显示，防渗墙透水系数范围在4.78×10-8～5.34×10-7cm/s，平均系数为6.25×10-7cm/s，结果满足大坝防渗水规范要求。同时对3 处塑性混凝土强度进行检测，检测深度范围为3.5m～21m；结果显示破坏荷载范围为17.66kN～27.20kN；无侧限抗压强度范围为4.00MPa～6.16MPa，均值为4.86MPa；弹性模量范围为0.98GPa～1.83GPa，均值为1.46GPa。抗压强度与弹性模量检测结果均满足设计标准要求。

5 结语

在水利水电工程建设中，混凝土防渗墙施工是工程除险加固的一种有效手段，对于水库大坝工程来说，通过混凝土防渗墙施工，能够有效解决大坝渗漏水的问题，提高水库大坝整体质量，维护其稳定运行。在该工程中，针对坝体填土松散的水库大坝进行塑性混凝土防渗墙施工介绍，分析了塑性混凝土防渗墙在水库大坝防渗加固中的有效应用。同时对混凝土防渗墙施工防渗加工效果进行分析，结果显示防渗墙墙体的完整性、连续性满足工程施工要求，并且墙体渗透性与混凝土强度均满足设计要求。结果表明，塑性混凝土防渗墙施工在水库大坝防渗加固中具有良好的应用效果，消除大坝隐患，证明了混凝土防渗墙施工技术在水利水电工程建设中发挥了重要的作用。